在宽带WiMAX上保护H.264/AVC数据分区视频流

摘要

宽带无线技术虽然针对视频服务，但对视频服务的潜在威胁构成了潜在的威胁，因为无线信道容易出现错误突发。在本文中，自适应，应用层前向纠错（FEC）方案保护H.264 / AVC数据分区视频。数据分区是将压缩视频流的划分为不同解码重要性的分区。纸张确定是否优选更重要分区类型的所有分区类型或不相等的错误保护（UEP）的相同错误保护（EEP）。纸质发现，虽然UEP在比特率下减少了较小的比特率，如果采用EEP，则视频质量存在显着的收益（几个DBS）。使用EEP而不是UEP的开销是总体比特率的左右。鉴于数据分区已经通过分组大小减小和编码数据的分化来减少错误，具有数据分区的EEP是保护基于用户的视频流的实际方法。使用EEP的增益显示给用户的高质量视频，这将导致视频服务的更大占用。结果对其他形式的优先视频流具有影响。

1.介绍

随着有线互联网时代的结束，移动设备正在激增，4G无线系统及其继任者[1为接入网络带来更大的带宽容量。基于用户的视频流媒体应用预计将成为像ieee802.16 e(移动WiMAX)这样的宽带无线接入网络成功的关键[2］．WiMAX本身在许多现有手机覆盖稀疏或不存在的地区具有吸引力。然而，互联网应用向4G无线接入的迁移给视频流应用带来了一个问题。这是因为无线信道从根本上讲是容易出错的，而压缩的大部分编码增益依赖于预测编码。因此，由于源编码数据的依赖关系，错误会中断压缩的视频比特流，这些错误随后会在空间和时间中传播。在多媒体研究领域，通过信道编码或前向纠错(FEC)实现的不相等错误保护(UEP)是一个非常丰富的研究领域。许多计划(其中一些计划已在本节讨论2)已提出将差分保护映射到优先编码视频数据。然而，有强烈的迹象表明，在商业领域，视频服务提供商为了视频内容的完整性，选择了可靠的流媒体协议，这只是重新发送发现损坏或丢失的数据。这种方法不可能适用于所有类型的服务，但在足够的级别上提供相同的错误保护(EEP)是可能的。本文研究的核心是一个相当基本的问题，即UEP在降低比特率方面的收益是否值得所涉及的额外复杂性。我们可以更进一步地说，EEP将会在比特率上带来相对较小的提高，从而显著提高视频质量。它还可以避免对商业供应商没有吸引力的计算密集的优化过程。本文在优先数据划分视频流的背景下论证了这些思想。由于研究界自然已经对UEP程序进行了研究，我们认为提倡EEP是一个相对新颖的方法。

对于双向、交互式应用程序和用户对用户流，目前流行的动态自适应HTTP流(DASH)无法克服无线错误的问题[3.］．DASH采用可靠的TCP传输。然而，移动设备不具备DASH服务器所要求的用于多个视频流表示的存储容量。例如，在[4选择了Dash Server存储，已有90分钟的视频，可在最多16个比特栏中编码，步骤为500 Kbps，从500 kbp开始。储存成本为5 GB，10个流为18 GB的10溪流，16个流量为46 GB。具有当前服务器存储成本[4每个每月每月低至0.125美元，可以以这种方式存储多个视频。遗憾的是，即使在移动设备上以这种方式存储的短视频剪辑也可能对存储器容量构成额外的负担，这也具有其容量的其他呼叫。因此，由于数据包之间的预测数据依赖性增加，具有重要源编码复杂度的视频序列的流仍然尤其存在风险，并且由于数据包大小增加。这些视频将在时间上或空间上活跃或两者的混合物。

在以前的作者研究中[5，数据分区视频流被用来分离出更重要的源编码数据。在这种数据分区视频中，根据内容类型对视频解码的重要性，压缩视频比特流在分组之前被分成多达三个分区。一般来说，包的大小越小，出错的几率就越小，对于广播质量的视频来说，更重要的数据被携带在最小的包中。在我们之前的工作中[5]，所有这样的数据包都使用EEP来防止错误，不管它们的大小如何。然而，也有可能[6通过复制一个或多个高优先级段而不复制不重要的数据包来应用UEP。此外，这是可行的[7[通过猛禽无数的编码来保护更高优先级通过差异使用可伸缩信道编码来保护更高优先级段8］．然而，目前尚不清楚在没有对视频质量的不利影响的情况下不能对低优先级的段留下较低优先级的段，或者实际上是在比特率的小增加时优选更低的复杂性EEP。因此，目前的论文通过仔细选择用于数据分区视频流的适当配置，直接将EEP与UEP进行比较。

在工作中在[9]，将数据分区视频的UEP与用于单层视频的EEP进行了比较。因此，EEP未应用于数据分区，因为工作的目的[9是为了展示数据分区所代表的有限分层的潜在优势。在[9]， UEP提供的平均质量较EEP低，但它提供高质量视频的可能性更大，尽管信道条件不利。这就产生了一个问题:为什么不将EEP应用于数据分区的视频流呢?

在[9，通过穿刺卷积码从一组离散信道编码速率中进行选择，实现差动保护。然而，为了确定保护水平，需要一个优化程序来最小化潜在的失真。这个过程依赖于量化参数(QP)和每个分区的编码率。无线信道特性也必须事先由编码器知道。然而，抛开[中的优化搜索的计算复杂性不谈，9] [9[5和这张纸。在[9没有反馈发生，因此不可能请求额外的冗余数据。事实上，在[9](而不是这里使用的无速率代码)，则不可能产生额外的冗余数据。事实上，正如本节所讨论的3.在美国，除了能够动态生成额外的冗余数据外，无速率信道编码与传统编码相比还有许多其他优点。我们已经演示了WiMAX的方案。WiMAX的帧结构包括发送和接收子帧，便于立即发送一个额外冗余数据请求。然而，对于双向对话视频服务，如视频电话，反馈通道是自动可用的。

本文中的数据分区可以看作是信噪比或质量分层的简化形式[10.］．扩展的质量分层也可以应用于WiMAX的视频流。在[11.]，提出了利用H.264的可扩展视频编码(SVC)扩展的自适应组播流[12.］．固定的WiMAX信道条件被监控，以便相应地改变比特率。不幸的是，JVT标准化机构随后决定H.264/AVC<我>不支持细粒度可伸缩性(FGS)意味着将更难以[11.］．其他的工作也研究了可扩展视频与多连接[13.与H.264/AVC相比[14.］．但是，H.264 / SVC介质介质可伸缩性中的层之间的数据依赖性是一个问题。与FGS不同，增强层数据包可能成功到达，但如果密钥图片也无法到达，则无法重建。此外，对于商业单向流，由于[4］．在[4，我们发现，与H.264/AVC流相比，发送SVC流的额外开销意味着，一旦发生超过64个会话(假设每个会话有16个同步播放流或16个视频层)，带宽消耗的成本就超过SVC的存储成本。在另一个比较中[15.]，提出可扩展的UEP视频无法在无线环境下提供任何优于H.264/AVC EEP的优势，这是由于可扩展的视频编码比单层编码的开销大。

在H.264/AVC(高级视频编码)编解码器中，当启用数据分区时，每个片被分为三个独立的分区，每个分区位于类型2到类型4的网络抽象层单元(NALUs)中。(片是图像或视频帧的细分，NALU通过H.264/AVC编解码器以虚拟包的形式输出，作为其网络友好方法的一部分[16.]。)为简化解释，本文仅采用了每帧一个切片的方法。然后，可以选择将每个片分成最多三个数据分区。对于纯内嵌的视频帧，i帧，只发生两个数据分区。然而，在无线流媒体中，通常要避免周期性的i帧，因为它们会由于内编码的低效而导致数据速率的增加。因此，一个IPPPP…帧编码结构(即一个i帧后面跟着所有p帧)与某种形式的分布式intrarefresh一起使用[17.］．然后，除了第一帧，所有的切片被分成三个。

在这样的流中，带有类型2的NALU(也称为数据分区- a)的包包含最重要的信息，包括Macroblock (MB)类型和地址、运动向量和基本的报头信息。如果这些帧中的任何mb被内编码，它们的频变换系数被打包到3型NALU中，也称为数据分区b。内编码块模式(CBPs)也包括在内，因为它们以紧凑的形式指定MB内哪些块包含非零系数。Type-4 NALs，也称为数据分区-c，携带运动补偿图像间编码mb的转换系数以及cbps。这三个分区(类型A、B和C)构成视频比特流的段。它们随后以实时传输协议(RTP)包的形式由编解码器以RTP模式输出，然后作为Internet协议(IP)/用户数据报协议(UDP)包分发。(假设在宽带无线链路上进行报头压缩将大大降低报头开销[18.从平均40个B到1个或2个B。

因为本纸张中的评估使用分布式的内脏射击而不是周期性的陷阱帧，所以避免了从形成I帧的多个分组的突然调度产生的延迟。由于没有使用B帧，因此该方案适用于移动设备上的低复杂性处理器，尽管存在对数据分区的硬件实现的需要存在问题。然后，通过在测试中采用恒定的比特率（CBR）流，不同方案之间的比较是公平的。实际上，CBR流允许商业提供商规划存储容量和带宽利用率，以一种视频质量的一些波动。从 [19.，当使用数据分区视频流时，设置约束间预测(CIP)非常重要，否则不能使分区b完全独立于分区c。设置CIP后，只能通过引用其他内编码mb进行内预测。如果没有合适的mb可用，则不可能进行内预测。由于CIP阻止了对相互编码的mb的预测引用，因此不再需要分区c中的信息，从而允许分区b独立于分区c。在H.264/AVC的联合模型(JM)参考软件中，CIP实际上是在输入参数文件中设置的。在[20.结果表明，即使在不使用数据分区的情况下，设置CIP也能有效地防止更高的丢包率。但是，当设定CIP时，压缩效率的损失是有限的，其损失在[20.］．另一方面，不可能使分区c独立于分区b而不破坏编解码器与H.264/AVC标准的兼容性。所有分区的重建依赖于分区a的存活，尽管该分区仍然独立于其他分区。

本文的其余部分组织如下。部分2描述UEP的物理和软件方法。物理层UEP避免了码率开销，但与软件级UEP相比存在一定的灵活性。部分2还回顾了无线视频流中的应用层EEP。部分3.接着考虑无速率信道编码，这种编码在EEP和UEP中都采用自适应方式。与传统的信道编码不同，在无速率编码中，冗余数据与信息的数据比可以动态伸缩，适用于应用层保护。然后，在比较评估之前，Section4验证了仿真模型及其有效性。部分5是我们对EEP进行数据分区视频的比较。部分6总结全文，并对今后的研究提出建议。

2.相关研究

在H.264 / AVC编解码器标准之前（否则称为MPEG-4第10部分）之前，UEP对分段视频比特流的思想已经采取了各种形式。在MPEG-4第2部分编解码器中，分区是仅具有两个分区的数据包。第一包含的报头，运动和其他形状信息。第二包含纹理（变换系数），解码器重新同步标题在每个分区的开始处于内部放置。在[21.，对每个包开头的固定大小部分增强了phy层FEC。不幸的是，由于第一个MPEG-4分区的大小可能不同，一些运动向量可能会受到更少的保护。此外，视频流所经过的每个网络都需要为这种类型的流量作出特殊安排。最后，将两个分区放在一个包中，不考虑包丢失时译码器去同步的风险。

为了避免这些问题，[22.]提出MPEG-4第2部分内部分区应该在包之间分割，形成两个不同的流。需要头文件来识别来自同一视频帧的分区。这就是现在H.264/AVC编解码器中的情况;只是形成了三条而不是两条溪流。在[22.， UEP是通过将每个MPEG-4第2部分流放置在不同的通用分组无线电服务(GPRS)信道中来实现的，每个流具有不同的信道编码率。然而，在我们的方案中，除了可能存在的任何phy层保护之外，我们更喜欢应用层保护。这使得解决方案更适合端到端控制。

在[23.]，这是另一种用于广播视频的方法，分层调制更倾向于H.264/AVC分区，其中包含更重要的数据用于重建视频帧。选择H.264/AVC数据分区而不是其他形式的分层的一个原因是，它不会显著增加复合流的比特率。事实上，这和选择层次正交振幅调制(HQAM)而不是信道编码的原因是一样的:它不会增加比特率。然而，在对该方案的扩展中，Turbo信道编码对于较差的无线信道条件是额外需要的。拟议的计划[23.的目的是灵活的，根据所需的比特率改变QAM符号星座。

HQAM不是phy层优先级的唯一形式，并且在[24.用空时分组编码将数据分区映射到不同的天线上。对于分区a使用高优先级位(在编码中分离得更多的位)，而对于分区b和c使用低优先级位。优先级的安排与本文的安排不同，因为本文将- a和-B划分为高优先级段。但这可以用每篇论文中不同的图像编码结构来解释，即[24.和当前的报纸。在本文中，使用分布式intrarefresh mb而不是周期性内嵌图(I-pictures)意味着保护partitionb包很重要，因为它们包含内嵌变换系数。

UEP的软件方法可以结合视频的优先信道编码和跨包交错。(交错是用来对抗深度无线信道衰落期间的长时间错误爆发。)优先级编码传输(PET) [25.，系统代码的奇偶校验符号包括在连续数据包中，使得即使擦除了大量数据包，也可以恢复高优先级段。另一方面，如果擦除交错组中的一些数据包，则较低的优先级将丢失。宠物能够以速率失真方式改进[26.但是，由于只有三个分区，这种改进与当前方案的相关性似乎受到了限制。此外，所有包交错方法的一个问题是，当解码器必须等待一个交错组中的所有包到达后才能进行重构时，会增加延迟的影响。

对于EEP，应用层EEP导致整体比特率的增加。作为回报，EEP可以提高灵活性，并能够解决由于时间错误传播风险而产生的压缩视频的特殊需求。应用应用层Raptor代码[27.]到一些容易出错的网络环境，因为IPTV预期有严格的要求[28.］．在这些实现中，所有的数据包都被保护起来不被擦除，而比特错误则被假定在物理层受到保护。数码视频广播计划已指明[29.可选的应用层无速率编码，如第三代合作伙伴计划(3GPP) [30.］．然而，在这些标准中，保护水平的动态适应潜力没有被开发。

3.Rateless信道编码

本文采用无速率编码来保护数据分区的视频。采用自适应方式进行无速率编码[5通过重新发送额外的冗余数据，are ade reford冗余数据。但是，请注意，无数代码是概率频道代码，从而无法保证重建。猛禽编码[8[如本文所用，是一种不可用的无数代码的系统各种不多的代码，该代码不具有优先的代码的高误差楼。它也有解码器计算复杂性。系统代码允许数据包没有任何报告的错误，以便与没有它们的人分开处理。因此，如果使用系统编码，则可以通过将处理分成两个处理流来加速处理。

能够轻松地生成新的符号，这些符号无数代码是不多不数的。如果有的话，解码将成功使用解码器失败的小概率符号已成功收到，在哪里源符号的数量是原始的和吗在编码开销中所占的百分比很低。在其最简单的形式中，根据一个随机的、低密度的生成器矩阵指定的顺序，将符号组合在一个异或(XOR)操作中，在这种情况下，译码器失败的概率为，对于大的接近香农极限。随机序列必须为接收方所知，但这很容易通过预先了解序列种子来实现。

一般来说，无速率码的编码是这样完成的。选择从某个程度的分布中随机抽取(学位)；是给定事件发生的概率。选择随机的信息符号从在信息符号。这些然后，这些符号被xord在一起产生一个新的合成符号，构成被传输数据包的一个符号。因此，如果符号是字节，则所有的字节的位与其他随机选择的字节的所有位依次xord。如果假设发送方和接收方的(伪)随机数生成器是同步的，则没有必要指定所选的随机度或随机符号。

解码器对符号的处理如下所示。如果一个符号的到达次数大于1，它就会被缓冲。如果一个干净的符号达到一级，那么在编码过程中使用它的所有符号都是xor。这将递减第一级符号所应用到的每个符号的度数。当一个符号最终减少到一级时，它也可以在解码过程中使用。请注意，一级符号是没有发生XORing的符号。还要注意，对于包擦除通道，一个干净的一级符号(包)很容易这样建立起来。对于字节擦除，可以合理地期望phy层FEC隔离干净的符号或干净的符号块。

在解码过程中，鲁棒孤子分布[31.]被用作度分布，因为它以方便解码的速度产生度一符号。它还避免了在其他地方没有使用的孤立符号。两个可协调的参数和用于形成可用的一级符号的预期数量。集 在哪里是接近1和的常数吗是解码失败概率的一个界限。现在定义 为辅助正值函数，给出鲁棒孤子分布: 在哪里将概率分布归一化，并给出

4.仿真模型

4．1.无线网络配置

为了建立WiMAX下的无速率编码行为，ns-2模拟器被台湾长工大学的一个模块增强[32.[已证明了一种建模IEEE 802.16e的行为的有效方法。每个数据点的十个运行平均（算术平均值），并且首先允许模拟器在开始测试之前达到稳定状态。

在评估中，经过WiMAX的传输被仔细建模。WiMAX模拟选择的phy层设置如表所示1．天线高度为标准[33.］．天线被建模以进行比较目的作为半波长偶极子，而在桅杆上的扇形天线组可以用于实践以实现方向性，因此，更好的性能。IEEE 802.16时分双工（TDD）帧长度设置为5ms，因为WiMAX论坛简化的WiMAX论坛简化中仅支持此值。数据速率是使用其中一个强制编码模式的使用[2，33.对于TDD下行/上行子帧比率为3:1的情况。WiMAX基站(BS)被分配比上行链路更多的带宽容量，以允许BS响应多个移动用户站(MSs)。因此，表中的参数设置1如调制类型和phy层编码速率等，需要在下行链路上实现10.67 Mbps的数据速率。还请注意，除了我们添加的应用层信道编码外，在IEEE 802.16e的phy层还有1/2信道编码率2，对压缩视频流的应用层编码经常用于无线系统，因为可能发生高的包丢失和错误率。

Gilbert-Elliott两国渠道模型[34.]模拟了WiMAX的信道模型。虽然这个模型不能再现引起噪声和干扰的物理特性，但它确实模拟了错误突发[35)。正是这种突发事件对压缩视频数据特别有害。在Gilbert-Elliott模型中，PGG为处于良好状态的概率，PG为处于良好状态的字节错误概率，其内部模型为Uniform分布。PBB和PB是坏状态对应的参数。

4．2．视频配置

为了判断结果与视频源编码复杂度的相关性，测试中使用了两个不同源编码特性的视频片段。第一个测试序列是<我>巴黎，这是一个演播室场景，有两个主持人的上半身图像和适度的动作。背景是中等到高的空间复杂性，导致更大的切片。另一个测试序列是<我>足球，运动速度快，因此具有较高的时间编码复杂度。这两个序列均为通用中间格式(CIF)的CBR编码(像素/图片)。CIF分辨率用于与其他移动设备上的视频通信之前的工作进行现成的比较。

显然，如果使用一种高清(HD)分辨率，因为H.264/AVC的处理是以mb为基础的，数据包输出的数量通常会线性增加。然而，由于观众对更高分辨率的视觉图像更加敏感，帧率通常从低至24帧/秒提高到90帧/秒。H.264/AVC的保真度扩展[36.将样本位深扩展到10位，并引入了新的变换块大小以增加对纹理细节的敏感性。帧速率和位深的增加将导致数据包数量的线性增加，正如采用一种新的色度格式[36.］．这种增加需要在移动设备上重新调整缓冲区的尺寸，以避免多余的包丢失，但同时不会导致延迟的增加。由于流媒体速率大于2.5 Mbps pixels/frame progressively scanned (720p) HD video [37.将对已部署的WiMAX网络造成相当大的压力，一项关于WiMAX高清系统的研究将留作未来研究。短序列，例如<我>巴黎和<我>足球还选择与他人的工作相比。这些序列是编解码器设计者选择的标准参考序列，用于其典型程度，并且作为编码性能的测试。未来的工作还应该考虑通过一组参考序列形成的更长的视频流甚至转盘，以进一步调查WiMAX网络因素的影响。

如前所述，通过使用IPPPP（GOP）结构组，移动设备避免了移动设备避免了对Bipremicicicicicic B帧中涉及更复杂的处理。这种安排还避免潜伏期突然增加[38.当使用周期i帧时。帧速率为30hz。在互编码p图像片丢失的情况下，必须防止时空误差的传播。为了确保更高质量的视频，在每一帧(除了第一张I-picture)中包含2%的内嵌MBs(随机放置)，作为切片丢失时的锚点。利用H.264/AVC编解码软件JM 14.2版本对丢包后相对于输入YUV原始视频的客观视频质量(峰值信噪比(PSNR))进行评估。(YUV不是首字母缩写，而是一种颜色空间的名称，它考虑到了人类对颜色的感知。)通常，JM软件的配置是通过一个参数文件作为解码器的输入。因此，这就是如何指定随机插入内腔MBs的百分比。

通过错误隐藏，使用解码器a分区中的运动向量来识别之前正确接收的最后一帧中的候选替换mb来补偿丢失的c分区切片包。也采用了内部错误隐藏，如下所述。一般来说，在H.264/AVC编解码器标准中，错误隐藏是一种非规范特性，即为符合标准而不需要的特性。然而,在39.我们推荐了一些针对H.264/AVC的非规范性错误隐藏算法，因为尽管错误隐藏不在标准范围内，但它仍然是需要的。试图掩盖任何丢失的切片。丢失的片中的错误隐藏是以MB为基础的。先前隐藏的mb可以用来隐藏丢失的mb。隐藏是从丢失的切片的边缘向内进行的。对于丢失MB的内隐，如果可以，将与丢失MB空间相邻的像素插值，以形成丢失MB的像素。对于丢失切片内的编码MB，如果发生很小的运动，被前一帧中匹配的MB替换(称为由前一帧替换的错误隐藏)。否则，建议使用[39.]，使用周围MB的一个运动向量来识别替代MB。选择该运动向量的算法在[39.］．在MB分成子块的情况下，取MB内子块MV的平均值来形成一个候选MV。即使在一帧中只有一个正确接收的切片可用，H.264/AVC算法也能工作。

使用H.264/AVC解码器重建数据分区视频的详细指南参见[40］．如果分区b丢失，可以通过使用来自分区a的运动向量来隐藏丢失的mb，并且可选地使用内部错误隐藏。从这个意义上说，可选的含义与非规范类似，事实上，在本文使用的JM实现中，包含了内部错误隐藏。已经描述了丢失分区c包的过程。如果分区b和分区c同时丢失，则用分区a中运动矢量指向的mb替换。如果分区a丢失，建议使用相邻MB行的运动向量，即相邻切片的MB(如果有的话)。标准化时也考虑了H.264/AVC编码数据的其他划分方法，如将通常存在于分割- c中的低变换系数和高变换系数进行分割，并将其置于分割- a中[41或将存在于分区a中的片头和MB类型信息复制到分区b中[42］．前(41，但在标准化方面，这种建议似乎引入了“不必要的设计变异”[43］．后者(42]可能会产生额外开支[43]作为默认情况。因此， [42]也被排除在标准之外。

还应该注意的是，其他人已经对使用数据分区进行了性能测试。在[37.我们观察到，可以降低分区B和C，同时降低量化参数(QP)以增加同等文件大小的视频质量，以保留两个具有较高QP(较低视频质量)的分区。然而，据报道，该策略只值得尝试双预测b帧，在这篇文章中没有使用。在[16.，分区- a以低丢包率(3%)重复了两次，以高错误率(5、10和20%)重复了三次，结果与其他形式的错误恢复能力相比具有竞争性。在[44，其研究方法与[7， UEP以重叠或滑动窗口的方式应用。在一个实验中，三种分区类型的每一种都从GOP的帧聚合成三个片段。在另一个实验中，将分区- as与分区- b结合，累积为一个分段，而将所有的分区- c NALUs聚集在一个GOP内，形成另一个分段。来自GOP内锚定框架的数据也包含在较高优先级段中。[44]的结论是，将每个数据分区类型放在它自己的段中比单层编码更可取。在控制所需的视频数据速率和擦除保护级别方面，最好结合分区- a和分区- b。

还需要注意的是，随机内嵌MBs的JM实现不会在之前的帧中复制这些MBs的位置，这是在[中发现的缺陷。45这种形式的内部放置的以前的实现。事实上，当一个帧序列的所有MB位置都被占用时，就会重复随机放置模式，以便在每个放置模式周期中刷新所有MB。因此，由于JM方案是一种循环替代方案，可以将其与内嵌MBs循环线的使用进行比较。最好在每个周期结束时，所有数据都会被刷新，在这方面，使用随机放置的内嵌MBs就像插入一个周期性的I-frame;也就是说，它提供了一个随机访问点。然而，在CIF分辨率帧中循环线程序的刷新速度比本文中使用的2%的随机内嵌速度要快，因为一条水平线相当于MBs的5.5%。对于数据分区的视频，这将导致分区b的大小增加，从而增加比特率。另一方面，质量将平均提高，不仅由于额外的内嵌MBs，而且由于CIP不会限制编码增益到这样的程度。后一种增益出现，因为在循环内刷新线中总是有相邻的内编码mb。因此，未来的工作可以研究不同插入方式之间的权衡。

4．3．Rateless译码器造型

我们使用以下统计模型[46]来模拟无速率解码器的性能: 在哪里密码的解码失败概率是否与源符号如果符号已成功接收(并且自然是成功的概率)。注意，[46]注释并显示为(的模型5)几乎完美地模拟了代码的性能。这意味着如果大约使用了块，那么在合理的行为发生之前应该接收到200个块。这个观察结果也促使了在包中选择字节作为符号，以减少延迟。在收到正确接收的数据后，会尝试解码信息符号，解码失败的概率如下(5） 为了．

5.评价

测试评估了各种指标，特别是EEP和UEP替代方案的视频质量。如本节所述3.，在UEP中，可选分区- a和-B形成一个应用无速率编码的段，而分区- c则不受保护。每包冗余数据的大小[5]被适应性地发现于 在哪里有效载荷长度和<我>提单是字节丢失的瞬时概率(包中的一个字节是无速率码符)。为了解释估计的不准确性，在信道估计中加入高达5%的零均值高斯噪声，使估计失真。无速率码信念传播译码算法故障概率小，在这种情况下下一个包会发送额外的冗余数据。在WiMAX链路上只允许一次重传，以避免增加延迟。但是，由于重传请求可以在返回的TDD子帧中发送，因此额外的延迟限制在一个WiMAX帧传输时间内，即至少5ms。因此，如果证明包不能被重构，尽管提供了冗余数据，额外的冗余数据将被添加到下一个包中。在图1，数据包X被损坏到它无法重建的程度。因此，在数据包中一些额外的冗余数据被包含到其失效不再确定的水平。它是由(5)，如果少于成功接收有效负载中的符号(字节)，然后进一步可以发送额外的冗余字节以降低失败的风险。在评估测试中被设定为四个，导致失败的风险为8.7％（来自（5））如果额外的冗余数据成功到达，则重建原始数据包。由于来自（5)，这就产生了Raptor代码的低误码率下限[47］．

要查看信道条件的效果，Gilbert-elliott参数变化以产生差的通道1和稍微更好的频道2.设置为CH1 =（)和CH2 = (）.同样，在500kbps和1 mbps的两个视频剪辑中测试CBR数据速率4，<我>足球和<我>巴黎．为了确保分区B和C之间的独立性，打开了CIP，并将2%的刷新内mb随机添加到P-picture片中(参见Section)4）.尽管可视化表示可能会更清楚地显示某些结果，但由于紧凑的原因，以及由于使用图表无法帮助某些数据表示，本文中的表示是通过一组表格进行的。

5．1.结果

桌子2和3.分别显示EEP和UEP保护模式。在这些和后续表中不会发生彻头彻尾的数据包丢失，除了由于内部数据包损坏，当数据包修复的尝试失败时。虽然EEP下损坏的数据包的百分比高，但可以请求所有分区的额外冗余数据，因此可以在一次重传后重建所有数据包。但是，在UEP下，不再可能重建较长的分区-C数据包，导致丢弃数据包百分比增加到超过10％的百分比，并且损坏数据包的百分比减少，即可以修复的数据包．当采用UEP时，客观视频质量（PSNR）的主要影响是质量下降。

显然，表格3.显示UEP由于UEP的最大质量下降，因为还可以保护分区-c以不可取的冗余数据（而不是使用的零百分比）降低的百分比。相比之下，UEP的收益是双重的。首先，由于损坏的数据包的百分比显着降低，因此由于损坏冗余数据而产生的总延迟减少了1 Mbps的平均数据包延迟更大，因为数据包更长。其次，在UEP下，从减少不多的代码开销中产生的整体视频比特率增加。

表格中的平均帧开销4和5为了<我>足球和<我>巴黎分别序列。在这方面，使用UEP的开销是EEP中的一半。但是，EEP的最大开销（以500kbps（30 hz为42b）是一种速率kbps或2%的CBR率。对于1mbps的EEP，最大开销为kbps或者是2%的CBR率。因此，使用UEP而不是EEP节省的相对比特率约为总比特率的1%，这显然是一个很小的百分比。对于这样小的比特率增益，视频质量的下降是严重的。

为了调查无线信道的依赖性，我们对本节介绍中给出的信道2特性进行了测试。从表6，在EEP下，性能度量基本上保持与通道1的相同，除了从改进的信道条件引起的损坏分组的数量减少。这将导致整体延迟减少，但由于彻底丢失了数据包，视频质量没有损失。当UEP在表中使用时7在美国，丢包的比例也有所下降，在大多数情况下降至10%以下。这有提高客观视频质量几个dB的效果，但质量仍然远低于EEP流的水平。

这些结果表明，在两种测试的信道条件下，降低分区c的保护对视频质量都有显著的负面影响。如前所述，motion-copy (MC)错误隐藏[39.在解码器中使用以补偿分区-c的丧失。但是，在结果中，使用MC错误隐藏以补偿分区-C的丢失的收益在结果中并不是显而易见的。该观察可以应用于测试的视频内容的类型。这并不意味着数据划分没有增益，因为它已经很久所知，MC错误隐藏可以显着提高所有但高度活动的视频序列中的视频质量。例如，在[21.在MPEG-4第2部分数据分区应用错误隐藏后，质量提高了5 dB。在[48]，发现通过细化运动拷贝(RMC)错误隐藏(通过递归估计多帧的运动向量)而损失整帧后的增益比之前的帧替换(PFR)和MC错误隐藏有所改善。

在[49[对于5％的划分丢失率，最后参考帧的运动载体的MC在PFR中的PFR在PSNR中的至少2dB，并且至少使用RMC，另外2dB。相反，来自受保护分区的正确运动向量 - a（而不是估计的估计值）的可用性将显着受益于视频质量。还应添加，对于广播质量视频，较小的分区 - 数据包大小[6]是相对于较大的分区c包的一种额外形式的保护，即使在应用EEP时也是如此。

6.结论

随着用户对移动视频流的期望不断提高，视频质量成为决定用户是否接受某项服务的重要因素。结果表明，与数据分片的不相等错误保护相比，相等错误保护可以在视频质量上获得多个db增益。使用EEP而不是UEP的开销大约是总恒定比特率的1%。因此，由于数据分区已经为更重要的数据带来了更小的数据包大小和在纹理数据丢失时进行补偿的能力，因此，除了可用带宽严重短缺的情况外，同样的错误保护是更好的。由于最近的趋势是移动系统更大的带宽容量，那么从UEP节省比特率可能不再值得追求。

未来的研究有许多途径。部分4.2提到需要用即将出现的高清和3D(立体)分辨率测试该方案，这些分辨率最终将迁移到宽带无线流媒体。这一节还提到了H.264/AVC编码数据分区的其他方法，虽然没有标准化，但值得考虑。还可以提出分区B和C的其他方法，一些作者已经对此进行了研究。这些方案的优点和不同形式的分组值得研究。节4.2此外，还提到有许多插入内嵌MBs的替代方案，每一种都将对产生的视频质量产生影响。本文考虑了CBR视频，但可变比特率(VBR)视频往往是研究人员的首选，因为，尽管时变数据率和不可预测的存储要求，它会导致一个均匀的质量。由于开环编码，它也导致一个更简单的编解码器。特别是，CBR不适合高清视频，因为质量变化更明显。这表明，以延迟为代价，应该调查平滑高清视频流保护方案的影响。对于VBR视频流，改变QP将影响编码数据在分区之间的分布。因此，QP依赖性对方案鲁棒性的影响也可以进行研究。

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